三維超聲監(jiān)測(cè)胎盤(pán)功能研究進(jìn)展

王學(xué)舉 趙揚(yáng)玉

（北京大學(xué)第三醫(yī)院 婦產(chǎn)科，北京 100191）

自2000年以來(lái)，三維超聲逐漸應(yīng)用于圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)及顯像技術(shù)不斷進(jìn)步，目前國(guó)內(nèi)外將三維超聲應(yīng)用于產(chǎn)前診斷方面趨于成熟。胎盤(pán)是介于母體與胎兒之間的重要、復(fù)雜、特殊的器官，胎盤(pán)功能對(duì)胎兒的生長(zhǎng)有著重要影響。許多研究顯示，妊娠并發(fā)癥包括子癇前期、低出生體重兒等與胎盤(pán)功能密切相關(guān)，因此研究胎盤(pán)功能始終是圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)二維超聲已經(jīng)廣泛應(yīng)用于評(píng)估胎盤(pán)功能，包括胎盤(pán)形態(tài)、解剖、位置、大小及血流情況，而三維超聲憑借其立體優(yōu)勢(shì)引入了新的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，例如胎盤(pán)表面成像、體積測(cè)量等。隨著近些年三維超聲能量多普勒（3D power Doppler，3DPD）以及三維超聲多普勒數(shù)量直方圖分析技術(shù)的引進(jìn)，使得胎盤(pán)血管及血流分布的監(jiān)測(cè)成為可能。本文就應(yīng)用三維超聲多普勒監(jiān)測(cè)胎盤(pán)功能作一綜述。

1 三維超聲簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)二維超聲點(diǎn)面顯示截然不同，三維超聲為我們呈現(xiàn)的是一個(gè)立體的虛擬顯像，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)角度檢查。三維顯示包括表面成像（surface rendering）和容積成像（volume rendering）。表面成像先根據(jù)表面信息與周圍組織的聲阻抗差，從容積數(shù)據(jù)庫(kù)中提取物體表面信息，再綜合應(yīng)用紋理、映射、濃淡、照明等技術(shù)，反映感興趣區(qū)結(jié)構(gòu)的立體形態(tài)、表面特征及空間毗鄰關(guān)系，并能對(duì)其進(jìn)行提取及容積測(cè)量；容積成像是根據(jù)聲阻抗特點(diǎn)，給每個(gè)體元像素賦于灰度值，應(yīng)用光線投射原理，將聲束經(jīng)過(guò)的每個(gè)體元像素的數(shù)據(jù)疊加計(jì)算，得到平面上相應(yīng)點(diǎn)的信息，即形成立體容積圖像。

與二維超聲類似，三維超聲數(shù)據(jù)采集基本的掃描方式包括線性平行掃描（平掃）、扇形掃描（扇掃）及旋轉(zhuǎn)掃描（旋掃）（見(jiàn)圖1）。平掃控制簡(jiǎn)單，二維圖像序列與三維關(guān)系最直接，但要求軌跡平面平滑，掃查部位有一定的局限性；扇掃獲取的數(shù)據(jù)分辨率是各向異性的，超聲波在組織中傳播時(shí)的衰減決定了離開(kāi)超聲探頭越遠(yuǎn)分辨率越低，同時(shí)擺動(dòng)成像的方式?jīng)Q定了離開(kāi)擺動(dòng)軸越遠(yuǎn)原始圖像之間的角度距離雖相同，但線性增大，空間采樣率減低，從而導(dǎo)致分辨率降低；旋轉(zhuǎn)掃描與扇掃有相似的問(wèn)題，但圖像相交軸的分辨率要高于扇掃，只要有一個(gè)合適的聲窗即可，且圖像采集間隔均勻，應(yīng)用較廣泛[1]。

圖1 三維超聲數(shù)據(jù)采集的3種方式

2 胎盤(pán)評(píng)估常用的三維超聲技術(shù)

2.1 三維表面成像技術(shù)（3D surface-rendered image） 三維表面成像技術(shù)原理同前所述。盡管目前二維超聲即能相對(duì)精確地進(jìn)行大多數(shù)胎盤(pán)異常病例的產(chǎn)前診斷，但應(yīng)用三維表面成像技術(shù)，可以為產(chǎn)科醫(yī)生、產(chǎn)婦及其家屬呈現(xiàn)一個(gè)更加形象的立體虛擬胎盤(pán)，便于對(duì)胎盤(pán)進(jìn)行畸形診斷及相應(yīng)的醫(yī)患溝通。Hata等[2]對(duì)比二維超聲與三維超聲對(duì)6例胎盤(pán)畸形的診斷，提示兩者均可輕易診斷胎盤(pán)畸形，但三維超聲對(duì)于畸形胎盤(pán)的表面結(jié)構(gòu)顯示直觀、立體，且有連續(xù)性，一目了然。國(guó)內(nèi)張玲等[3]對(duì)44例二維超聲懷疑胎盤(pán)形態(tài)異常病例，對(duì)其胎盤(pán)及相關(guān)部位進(jìn)行三維超聲表面及容積成像技術(shù)，立體顯示胎盤(pán)形態(tài)，顯示出臍帶進(jìn)出胎盤(pán)的位置及胎盤(pán)內(nèi)血管樹(shù)的立體構(gòu)型，更準(zhǔn)確地判斷胎盤(pán)的功能。目前大多數(shù)研究推薦應(yīng)用二維超聲初查后，對(duì)于可疑病例可行三維超聲確診。

2.2 虛擬器官計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)（virtual organ computer-aided analysis，VOCAL） 三維超聲測(cè)量胎盤(pán)等實(shí)物體積均基于VOCAL技術(shù)，VOCAL能自動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)輪廓檢測(cè)和后續(xù)的立體計(jì)算，通過(guò)多平面顯示，控制可視化處理精度。與傳統(tǒng)的平行面積法不同的是，VOCAL技術(shù)首先確定感興趣結(jié)構(gòu)的上下極及中心軸，再選擇相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，自動(dòng)或手動(dòng)勾畫(huà)不同角度感興趣區(qū)的邊緣，可立即得到容積數(shù)據(jù)測(cè)量值。VOCAL技術(shù)測(cè)量胎盤(pán)體積時(shí)應(yīng)力求測(cè)量人員固定，要求利用三維容積探頭在胎盤(pán)長(zhǎng)軸切面行常規(guī)二維超聲掃描，獲得最佳的二維切面后，固定探頭，選擇適當(dāng)大小的三維取樣框，采集胎盤(pán)的三維圖像，將旋轉(zhuǎn)角度固定，手動(dòng)勾畫(huà)出胎盤(pán)邊界，勾畫(huà)6個(gè)層面上的邊界后系統(tǒng)自動(dòng)重建胎盤(pán)的三維圖像并給出體積，存檔并記錄測(cè)量結(jié)果。有研究利用VOCAL測(cè)得仿體體積與實(shí)際體積高度相關(guān)（r為0.992～0.999），誤差低于4%。目前多數(shù)研究[4－8]集中在單胎妊娠不同孕周階段，均證實(shí)正常單胎妊娠胎盤(pán)體積與孕齡呈正相關(guān)。Wegrzyn等[9]利用VOCAL技術(shù)測(cè)量了11～13＋6周之間的290例雙胎妊娠和37例三胎妊娠，提示其正常胎盤(pán)中位體積分別為單胎妊娠胎盤(pán)中位體積的1.66倍和2.28倍。

2.3 三維能量多普勒超聲技術(shù)（3D power Doppler ultrasound，3DPD） 二維彩色多普勒超聲對(duì)胎盤(pán)內(nèi)血管研究較少的原因是由于胎盤(pán)血管床內(nèi)血流速度很低，且有許多血管與超聲聲速垂直，使彩色多普勒很難探測(cè)。然而利用三維能量多普勒超聲可以達(dá)到胎盤(pán)內(nèi)血管樹(shù)的構(gòu)建，從而評(píng)價(jià)胎盤(pán)功能。三維能量多普勒超聲可以描繪出血管密度、分支、管徑變化及彎曲程度。Matijevic等[10]研究提示三維能量多普勒技術(shù)與二維彩色多普勒相比，對(duì)于孕晚期胎盤(pán)主干血管兩者顯示無(wú)明顯差異，對(duì)于胎盤(pán)遠(yuǎn)端終末血管，3DPD技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。國(guó)內(nèi)薛敏等[11]用三維能量多普勒超聲顯示20～39周32例正常單胎妊娠胎盤(pán)內(nèi)絨毛血管樹(shù)分支，且在分娩結(jié)束后對(duì)娩出的胎盤(pán)用電子顯微鏡觀察胎盤(pán)內(nèi)絨毛血管樹(shù)分支結(jié)構(gòu)，結(jié)果三維能量多普勒超聲顯示的胎盤(pán)內(nèi)絨毛血管樹(shù)狀結(jié)構(gòu)與病理結(jié)構(gòu)基本一致，三維能量多普勒超聲對(duì)初級(jí)絨毛血管、次級(jí)絨毛血管和三級(jí)絨毛血管的顯示率分別為100%、100%和90%。早孕期11～14周胎盤(pán)血管的顯示目前尚缺乏研究證實(shí)。

此外，在三維血管重建方面，新近引入三維高分辨率血流顯示技術(shù)（3D-HD flow），其利用更小的容積測(cè)量，減少空間重疊對(duì)于血流信號(hào)的遮擋，更加有利于胎盤(pán)終末血管樹(shù)的重建。胎盤(pán)血管樹(shù)的重建，對(duì)于胎盤(pán)血管密度減低、各級(jí)絨毛循環(huán)受損顯示清晰，有助于預(yù)測(cè)既往二維超聲難以發(fā)現(xiàn)的胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)受限[12]。

2.4 定量三維能量多普勒直方圖分析技術(shù)（quantitative 3DPD histogram analysis） 在利用 VOCAL技術(shù)提取胎盤(pán)虛擬組織的三維結(jié)構(gòu)之后，應(yīng)用多普勒能量測(cè)量技術(shù)，將不同區(qū)域的能量表示成直方圖模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。1999年P(guān)airleitner等[1]首先提出運(yùn)用該技術(shù)的測(cè)算軟件獲取3個(gè)指數(shù)，即血管化指數(shù)（vascularization index，VI）、血流指數(shù)（flow index，F(xiàn)I）和血管化－血流指數(shù)（vascularization-flow index，VFI），用于定量評(píng)估目標(biāo)器官組織的血流灌注情況。血管化指數(shù)（VI）為血管內(nèi)彩色體素/（總的體素一背景體素）的值，代表感興趣區(qū)內(nèi)單位容積內(nèi)的血管數(shù)目，表示該組織內(nèi)血管的豐富或稀疏程度；血流指數(shù)（FI）為加權(quán)平均彩色體元/彩色體元，是所有血流的平均彩色值或血流密度，代表目標(biāo)容積內(nèi)血流信號(hào)的平均強(qiáng)度，表示三維掃查的瞬間有多少血細(xì)胞；血管化血流指數(shù)（VFI）為加權(quán)彩色體元/（彩色體元一背景體元），是感興趣區(qū)域內(nèi)加權(quán)的彩色值（振幅的加權(quán)），是存在的血管信息和血流信息的綜合表示。其后國(guó)外多位學(xué)者[13－18]在動(dòng)物及臨床實(shí)驗(yàn)中肯定了其可重復(fù)性及臨床應(yīng)用價(jià)值。

3 三維超聲監(jiān)測(cè)胎盤(pán)功能常用指標(biāo)及其臨床意義

3.1 胎盤(pán)體積（placental volume，PV） De Paula等[5]應(yīng)用三維超聲VOCAL測(cè)量技術(shù)研究指出胎盤(pán)體積與孕齡呈線性正相關(guān)。Thame等[19]研究表明，胎盤(pán)體積與胎兒生長(zhǎng)具有相關(guān)性。早孕期胎盤(pán)體積測(cè)量可以預(yù)測(cè)高危妊娠的發(fā)生，特別是子癇前期和FGR。Rizzo等[13]研究表明，早孕期胎盤(pán)體積較小的孕婦子癇前期發(fā)生率較高，中孕期測(cè)量胎盤(pán)體積預(yù)測(cè)妊娠并發(fā)癥有可行性。胎盤(pán)體積與診斷FGR具有相關(guān)性，二者相關(guān)性達(dá)到52.5%[14]。胎盤(pán)體積與孕齡及胎兒超聲測(cè)量徑線的相關(guān)性為進(jìn)一步研究將胎盤(pán)體積作為FGR的預(yù)測(cè)指標(biāo)提供了依據(jù)。此外 Metzenbauer等[20]研究顯示，三維超聲VOCAL測(cè)量孕期胎盤(pán)體積與胎兒的頂臀徑及母體的一些生化指標(biāo)高度相關(guān)，國(guó)內(nèi)一些研究[21，22]同樣支持這一觀點(diǎn)。如前所述，目前大多數(shù)研究均集中在單胎妊娠胎盤(pán)體積測(cè)量及妊娠期疾病研究方面，雙胎及多胎妊娠相關(guān)研究較少。

3.2 胎盤(pán)商（placental quotient，PQ） 不同個(gè)體之間胎盤(pán)體積大小存在差異，為了明確早孕期胎兒與其附屬胎盤(pán)大小是否相稱，Hafner等[23]提出了胎盤(pán)商的概念，即應(yīng)用VOCAL技術(shù)測(cè)出早孕后期胎盤(pán)體積、胎兒頂臀長(zhǎng)，前者除以后者的值即為胎盤(pán)商。多數(shù)[24，25]研究顯示胎盤(pán)商在單胎妊娠孕婦中可有效預(yù)測(cè)妊娠期高血壓、子癇前期、胎兒生長(zhǎng)受限等妊娠合并癥。然而Hafner[26]通過(guò)一個(gè)樣本量多達(dá)2489例的研究對(duì)胎盤(pán)商的臨床價(jià)值提出質(zhì)疑。因此，胎盤(pán)商對(duì)于妊娠并發(fā)癥的預(yù)測(cè)價(jià)值尚待更多研究證實(shí)。另外，隨著三維超聲技術(shù)不斷進(jìn)步，超聲顯像清晰度增加，未來(lái)應(yīng)對(duì)于早孕期雙胎、三胎等多胎妊娠的胎盤(pán)份額以及胎盤(pán)商進(jìn)行研究。

3.3 胎盤(pán)血流灌注參數(shù)VI、FI、VFI 目前二維超聲主要通過(guò)觀察臍動(dòng)脈S/D值間接提示胎盤(pán)功能，但是S/D值并不具有特異性，母體、胎兒因素均可致S/D值異常；另一方面，胎兒已有動(dòng)脈血流再分布的表現(xiàn)時(shí)，其臍動(dòng)脈血流波形也可以是正常的，也就是說(shuō)胎盤(pán)內(nèi)血流灌注減少的發(fā)生早于臍帶阻力指數(shù)的升高，而S/D難以及時(shí)反映出來(lái)，因此需要一種能更早地發(fā)現(xiàn)胎兒胎盤(pán)血流異常變化的檢查手段。Yu、Merce等[14，15，17]研究提示定量三維能量多普勒能對(duì)正常胎兒胎盤(pán)血流進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，胎盤(pán)灌注參數(shù)與胎兒部分生長(zhǎng)參數(shù)的相關(guān)性好，可重復(fù)性好。Mihu[27]、劉雪玲等[28]應(yīng)用定量三維能量多普勒測(cè)量妊高癥患者血流參數(shù)VI、FI及VFI，提示血流參數(shù)可敏感顯示不同程度妊高癥患者胎盤(pán)血流灌注改變，敏感性較臍動(dòng)脈S/D值高。3DCPA血流參數(shù)VI、FI及VFI可用于臨床監(jiān)測(cè)妊高癥患者胎盤(pán)血流灌注。同樣，多數(shù)研究[29－31]顯示，VI、FI、VFI同樣可用于胎兒生長(zhǎng)受限的研究，但目前研究均集中于單胎妊娠，對(duì)于雙胎妊娠生長(zhǎng)不一致尚未見(jiàn)到研究報(bào)道。

此外，如前所述，該參數(shù)的測(cè)定主要利用VOCAL技術(shù)及直方圖分析，可對(duì)組織局部血流灌注情況進(jìn)行分析，有學(xué)者形象地稱為“胎盤(pán)血管超聲活檢”。Jones等[32]提出在能量直方圖分析中需考慮到VOCAL技術(shù)測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的深度相關(guān)的血流信號(hào)衰減。Noguchi等[31]學(xué)者建議為避免深度相關(guān)的信號(hào)衰減，“胎盤(pán)血管超聲活檢”主要用于前壁胎盤(pán)血流灌注的研究。

4 總結(jié)與展望

三維超聲形象、立體，為產(chǎn)科醫(yī)生監(jiān)測(cè)胎盤(pán)功能提供了廣闊的用前景。目前應(yīng)用三維超聲監(jiān)測(cè)單胎妊娠胎盤(pán)體積、血流灌注來(lái)預(yù)測(cè)、診治妊娠合并癥如妊娠期高血壓、子癇前期、胎兒生長(zhǎng)受限等已趨于成熟。目前較多的體外胎盤(pán)灌注及研究提示胎盤(pán)功能，如雙胎胎盤(pán)份額比例、胎盤(pán)血管交通等因素在復(fù)雜性雙胎妊娠的發(fā)病、預(yù)后監(jiān)測(cè)及診治中極其關(guān)鍵，相信未來(lái)憑借三維超聲在胎盤(pán)體積測(cè)量及血流灌注監(jiān)測(cè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以為復(fù)雜性雙胎的診治決策及預(yù)后評(píng)估帶來(lái)益處。

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